JP2007017134A - ヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 湯の使用時にヒートポンプ装置を運転しての出湯と貯湯タンクからの出湯とを併用する小型化した給湯装置において、更なるエネルギー効率の向上が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供すること。
【解決手段】 制御装置１００は、使用側端末に出湯するときには、ヒートポンプ装置２を運転して中温の湯を沸き上げ、第２給湯配管２４を介して直接出湯する。直接出湯終了後、貯湯タンク１内の熱量が不足していれば、ヒートポンプ装置２を継続運転して高温の湯を貯湯タンク１内に補給貯湯する。直接出湯時に出湯熱量が不足するときには、貯湯タンク１内からも中温の湯を優先して出湯し、貯湯タンク１内に生成してしまう中温の湯も有効利用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置により水を加熱し湯とするヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置に用いる制御装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示されたヒートポンプ式給湯装置がある。この給湯装置では、湯を使用するときにヒートポンプ熱源機（ヒートポンプ装置）が加熱した湯を直接出湯し、ヒートポンプ熱源機の加熱能力が不足したときには貯湯タンク内の上部から高温の湯を補って設定温度の出湯を行なうようになっている。そして、出湯が完了した後、貯湯タンク内の熱量が設定値以下に減少した場合には、貯湯タンク内の下部の水をヒートポンプ熱源機により沸き上げて高温の湯として上部に戻し貯湯するようになっている。

このように、貯湯タンク内の高温の湯（高温水）とヒートポンプ熱源機から給湯時直接出湯される設定温度に近い比較的低温の湯（中温の湯、中温水）とを適宜併用することにより、貯湯タンクの容量を小さくして、タンク表面からの放熱量低減によるエネルギー効率の向上、および給湯装置の小型化を行なっている。
特開２００３−２７９１３３号公報

しかしながら、上記従来技術の給湯装置では、貯湯タンク内の高温の湯の一部が放熱等の要因によって中温の湯となり、上部の高温の湯と下部の水との間に貯留される場合がある。この場合には、貯湯タンク内からの出湯は上部からのみ行なわれるため、中温の湯を出湯利用することができず、沸き上げ時のエネルギーを有効に利用できないという問題がある。

また、貯湯タンク内に貯留された中温の湯をヒートポンプ装置で再加熱して再貯湯するとしても、再加熱時のエネルギー効率が低下するという問題がある。

本発明者らは、この貯湯タンク内に生成される中温の湯に着目し、この中温の湯を有効利用すればエネルギー効率向上の余地があることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、湯の使用時にヒートポンプ装置を運転しての出湯と貯湯タンクからの出湯とを併用する小型化した給湯装置において、更なるエネルギー効率の向上が可能なヒートポンプ式給湯装置およびこのヒートポンプ式給湯装置に用いる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
水を沸き上げて湯とするヒートポンプ装置（２）と、
ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を、高温と、高温より低い中温とに選択的に切り替え制御する制御手段（１００）と、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内の上部に供給するための供給配管（１８）と、
貯湯タンク（１）内の上部から使用側端末に給湯するための第１給湯配管（２３）と、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するための第２給湯配管（２４）と、
貯湯タンク（１）内の前記上部より低い中間部から使用側端末に給湯するための第３給湯配管（２７）とを備え、
制御手段（１００）は、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内に貯えるときには、沸き上げ温度を高温として、供給配管（１８）を介して貯湯タンク（１）内に供給し、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するときには、沸き上げ温度を中温として、第２給湯配管（２４）を介して使用側端末に給湯し、
貯湯タンク（１）内から使用側端末に給湯するときには、第１給湯配管（２３）を介した高温の湯の給湯より、第３給湯配管（２７）を介した中温の湯の給湯を優先的に行なうことを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内に貯えるときには、高温の湯を上部から貯えることができる。したがって、貯湯タンク（１）を小型化することができる。

また、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するときには、ヒートポンプ装置（２）により中温の湯を沸き上げ、使用側端末に供給することができる。ヒートポンプ装置（２）は、一般的に沸き上げ温度（加熱後温度）を低くするほどエネルギー効率が良好となる。したがって、ヒートポンプ装置（２）から直接使用側端末に給湯するときのエネルギー効率を、高温の湯を沸き上げて給湯する場合より向上することができる。

さらに、貯湯タンク（１）内から使用側端末に給湯するときには、第３給湯配管（２７）を介した中温の湯の給湯が優先して行なわれ、中温の湯が不足するような場合には第１給湯配管（２３）を介して貯湯タンク（１）内上部から高温の湯の出湯を行なうことができる。したがって、貯湯タンク（１）内の中温の湯を有効利用することができ、一層効率が向上する。

このようにして、貯湯タンク（１）を小型化しつつ、エネルギー効率を更に向上することができる。

また、請求項２に記載の発明では、第２給湯配管（２４）を介して使用側端末に給湯する熱量が、使用側端末において要求される熱量に対し不足するときには、不足分の熱量を貯湯タンク（１）内から使用側端末に給湯することを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた中温の湯を直接使用側端末に給湯するときに、使用側端末において直接給湯分の湯では熱量が不足する場合には、貯湯タンク（１）内から給湯することができる。また、この貯湯タンク（１）内からの給湯も、第３給湯配管（２７）を介した中温の湯から行なわれ、貯湯タンク（１）内の中温の湯を有効利用することができる。

また、請求項３に記載の発明では、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）から使用側端末への第２給湯配管（２４）を介する給湯の停止を検知したときに、貯湯タンク（１）内の熱量が不足すると予測した場合には、ヒートポンプ装置（２）の運転を継続しつつ沸き上げ温度を高温に変更し、沸き上げた高温の湯を供給配管（１８）を介して貯湯タンク（１）内の前記上部に流入させることを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）内の熱量が不足している場合には、使用側端末への直接給湯が終了したときに、ヒートポンプ装置（２）を停止することなく、貯湯タンク（１）内への高温の湯の貯湯を行なうことができる。したがって、貯湯のためにヒートポンプ装置（２）が再起動されることを抑制でき、エネルギー効率を一層向上することができる。

また、請求項４に記載の発明では、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げる湯の温度を中温から高温に変更するときには、ヒートポンプ装置（２）の湯を沸き上げる能力を変更することを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）が沸き上げた湯を、使用側端末への直接給湯から貯湯タンク（１）内への貯湯に切り替えるときに、ヒートポンプ装置（２）の沸き上げ能力変更で対応することが可能である。したがって、使用側端末への直接給湯に引き続き貯湯タンク（１）内への貯湯を行なうときに、比較的大流量で速やかに貯湯することができる。

また、請求項５に記載の発明では、制御手段（１００）は、使用側端末に対する過去の同一時間帯における時間当たり給湯量の学習値に基づいて、貯湯タンク（１）内の熱量の不足を予測することを特徴としている。

これによると、使用側端末への直接給湯に引き続き貯湯タンク（１）内への貯湯を行なうときに、過去の同一時間帯における時間当たり給湯量の学習値に基づいて不足熱量を予測し、貯湯沸き上げに伴なう消費エネルギーの無駄を極力抑制することができる。

また、請求項６に記載の発明では、制御手段（１００）は、電力コストもしくは使用側端末への給湯状態に基づいて定まる所定時間帯では、使用側端末への給湯の有無に係らず、ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を高温とし、沸き上げられた高温の湯を、供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内に供給することを特徴としている。

これによると、電力コストが比較的安価であったり使用側端末における湯の使用量が少ない時間帯に、ヒートポンプ装置により高温の湯を沸き上げ貯湯を行なうことができる。

また、請求項７に記載の発明では、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる高温の湯の温度を、使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更することを特徴としている。

これによると、１日分の給湯熱量が小さいと判断した場合には、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる高温の湯の温度を低くして一層エネルギー効率を向上することができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様に、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内に貯えるときには、高温の湯を上部から貯えることができる。したがって、貯湯タンク（１）を小型化することができる。

また、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するときには、ヒートポンプ装置（２）により中温の湯を沸き上げ、使用側端末に供給することができる。ヒートポンプ装置（２）は、一般的に沸き上げ温度（加熱後温度）を低くするほどエネルギー効率が良好となる。したがって、ヒートポンプ装置（２）から直接使用側端末に給湯するときのエネルギー効率を、高温の湯を沸き上げて給湯する場合より向上することができる。

さらに、貯湯タンク（１）内から使用側端末に給湯するときには、第３給湯配管（２７）を介した中温の湯の給湯が優先して行なわれ、中温の湯が不足するような場合には第１給湯配管（２３）を介して貯湯タンク（１）内上部から高温の湯の出湯を行なうことができる。したがって、貯湯タンク（１）内の中温の湯を有効利用することができ、一層効率が向上する。

このようにして、小型化された貯湯タンク（１）を有するヒートポンプ式給湯装置であっても、エネルギー効率を向上させた運転を行うことができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。本実施形態の貯湯タンク１は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１３が設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に高温の湯を吐出するための吐出口１４が設けられている。

吸入口１３と吐出口１４とは循環回路１６で接続されており、循環回路１６の一部はヒートポンプ装置２内に配置されている。

循環回路１６のヒートポンプ装置２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１３から吸入した貯湯タンク１内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱して沸き上げて湯とし、吐出口１４から貯湯タンク１内に戻すことができるようになっている。

循環回路１６のうち、ヒートポンプ装置２より下流側部位は、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた湯を貯湯タンク１内の上部に供給するための供給配管１８となっている。

一方、貯湯タンク１の上部には上部導出口２０が設けられ、この上部導出口２０には、貯湯タンク１内の上部の湯を導出するための第１給湯配管２３が接続している。

また、循環回路１６には、ヒートポンプ装置２の下流側において供給配管１８から分岐するように第２給湯配管２４が接続している。そして、循環回路１６の第２給湯配管２４分岐接続点には、ヒートポンプ装置２で沸き上げた湯の流通経路を供給配管１８方向もしくは第２給湯配管２４方向に切り替える切替バルブ１７が設けられている。

さらに、貯湯タンク１の中間部には中間部導出口２１が設けられおり、この中間部導出口２１には、貯湯タンク１内の中間部の湯を導出するための第３給湯配管２７が接続している。

第２給湯配管２４には第３給湯配管２７が接続点（合流点）２６に合流接続しており、この接続点２６より下流側において、第３給湯配管２７が合流接続した第２給湯配管２４は、第１給湯配管２３に合流している。

第２給湯配管２４と第３給湯配管２７との接続点（合流点）２６には、バルブ等の混合手段は設けられておらず、両給湯配管２４、２７は常時連通状態となっている。

一方、第１給湯配管２３と第２給湯配管２４との合流点には、上部導出口２０から導出される湯の量（出湯量）と第２給湯配管２４側から供給される湯の量（出湯量）との比率を制御するための混合バルブ２５が設けられている。

混合バルブ２５は、第２給湯配管２４を介して使用側端末へ給湯される流量を調節する本実施形態における流量調節手段であると言うことができる。

第１〜第３給湯配管２３、２４、２７が合流した給湯配管２２には、第１給湯配管２３と第２給湯配管２４との合流点より下流側部に、導入管１２から分岐した給水配管２８の下流端が接続している。そして、この接続点には、給湯配管２２を流れる湯の量と給水配管２８を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ２９が設けられている。

貯湯タンク１の外壁面には、図示しない複数のサーミスタが縦方向に間隔をあけて配置され、貯湯タンク１内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

また、各配管経路には、図示しないサーミスタが適宜配設され、各配管を流れる湯もしくは水の温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

また、給湯配管２２には流量カウンタ３０が設けられており、給湯配管２２を流れる湯の流量情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。したがって、流量カウンタ３０は、使用側端末における出湯および出湯停止を検知する出湯検知手段としての機能を有している。

図１中の１００は制御手段である制御装置であり、制御装置１００は、図示しないサーミスタからの温度情報、流量カウンタ３０からの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、後述する手順にしたがってヒートポンプ装置２、各バルブ１７、２５、２９等を制御するように構成されている。

次に、上記構成に基づきヒートポンプ式給湯装置の作動について説明する。

図２は、制御装置１００の概略制御動作を示すフローチャートである。

給湯装置に電力供給されているときには、制御装置１００は、図２に示すステップＳ２０１から制御をスタートする。

制御装置１００は、図２に示すように、まず、現在の時刻が、電力供給者との時間帯別電灯契約における電気料金が安価な時間帯（本例では２３時〜７時の間の所謂深夜時間帯）であるか否か判断する（ステップＳ２０２）。深夜時間帯であると判断した場合には、過去の湯の使用実績に基づく学習結果として、一日の湯の使用量が多いか否か（使用すると予測される熱量が多いか否か）を判断する（ステップＳ２０３）。

使用されると予測される熱量が多いと判断した場合には、比較的高い沸き上げ温度Ａを設定し（本例では９０℃に設定し）（ステップＳ２０４）、貯湯タンク１内に所定量の高温の湯を沸き上げ完了するまで（ステップＳ２０５）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２０６）。

このとき、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して経路を供給配管１８側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度Ａに加熱された後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

そして、所定量の高温の湯の沸き上げが完了したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２０７）、リターンする。

ステップＳ２０３において使用されると予測される熱量が少ないと判断した場合には、沸き上げ温度Ａより低い沸き上げ温度Ｂを設定し（本例では６５℃に設定し）（ステップＳ２０８）、貯湯タンク１内に所定量の高温の湯を沸き上げ完了するまで（ステップＳ２０９）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２１０）。

なお、本例では、６５℃以上の湯を高温の湯とし、６５℃未満の湯を中温の湯としている。

このとき、ステップＳ２０６の場合と同様に、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して経路を供給配管１８側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度Ｂに加熱され高温の湯となった後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

そして、所定量の高温の湯の沸き上げが完了したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２０７）、リターンする。

すなわち、深夜時間帯には、ステップＳ２０３〜Ｓ２１０のフローに従って、ユーザの一日の湯の使用予測量に基づいて設定された温度の高温の湯を貯湯タンク１の上部から貯湯していく。なお、本例では、一日の湯の使用予測量に基づいて、ヒートポンプ装置２が沸き上げる高温の湯の温度を２段階に切り替え変更したが、３段階以上に切り替え変更するものであってもよいし、連続的に変更するものであってもよい。

制御装置１００は、ステップＳ２０２において深夜時間帯でないと判断した場合には、出湯検出手段である流量カウンタ３０からの情報に基づいて、使用側端末で出湯がなされているか否か（出湯が開始されたか否か）判断する（ステップＳ２１１）。使用側端末で出湯がなされていると判断した場合には、沸き上げ温度Ｃを設定し（本例では６０℃に設定し）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２１２）。

このとき、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して経路を第２給湯配管２４側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度Ｃに加熱され中温の湯となった後、第２給湯配管２４を介して、直接（貯留されることなく）使用側端末側に送られる。

使用側端末側に送られた中温の湯は、混合バルブ２９の下流側で出湯設定温度の湯となるように開度比を制御された混合バルブ２９により、必要に応じて水が混合された後、使用側端末から出湯される。

ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、第２給湯配管２４から混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が大きい場合（使用側端末での要求量が多い場合）には、不足分は貯湯タンク１内の中間部に貯留された中温の湯が補充される。

すなわち、導入口１１から貯湯タンク１内に印加される水圧により、中間導出口２１から第３給湯配管２７を介して中温の湯が導出され、接続点２６において、第２給湯配管２４を流れるヒートポンプ装置２で沸き上げられた中温の湯に、自然に混合される。

なお、貯湯タンク１内の中間部に貯留される中温の湯は、貯湯タンク１内に貯湯された高温の湯が放熱冷却した場合、あるいは、貯湯タンク１の内部もしくは外部に設けられた図示しない熱交換手段により高温の湯が熱交換され冷却した場合に生成されるものである。

ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し使用側端末での要求量が多いときに、貯湯タンク１内の中間部に貯留された中温の湯がない場合には、制御装置１００は、混合バルブ２５を制御して第１給湯配管２３を介して貯湯タンク１内の高温の湯を導出し、第２給湯配管２４を流れるヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯に混合する。

使用側端末が絞られる等して、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が小さくなった場合には、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の一部（余剰分）は、第３給湯配管２７を介して貯湯タンク１内の中間部に貯えることができる。

ステップＳ２１１において、流量カウンタ３０からの情報に基づいて、使用側端末で出湯が停止されたと判断した場合には、湯切れのおそれがあるか否か判断する（ステップＳ２１３）。

ここで、湯切れの恐れがある場合とは、現時刻から深夜時間帯となるまでの間に、過去の実績に基づく同一時間帯における時間当たりの給湯量の学習結果より使用すると予測される熱量に対し、現時点において貯湯タンク１内の熱量が不足している場合（現時点における貯湯タンク１内の熱量では不足する可能性がある場合）を言う。

ステップＳ２１３において、湯切れのおそれ有りと判断した場合には、過去の湯の使用実績に基づく学習結果として、一日の湯の使用量が多いか否か（使用すると予測される熱量が多いか否か）を判断する（ステップＳ２１４）。

使用されると予測される熱量が多いと判断した場合には、沸き上げ温度Ａを設定（本例では９０℃に設定）するとともに、現時刻から深夜時間帯となるまでに必要な熱量を算出する（ステップＳ２１５）。そして、貯湯タンク１内に設定量の高温の湯を沸き上げて必要熱量を確保するまで（ステップＳ２１６）、ヒートポンプ装置２の運転を継続する（ステップＳ２１７）。

このとき、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して経路を第２給湯配管２４側から供給配管１８側に切り替える。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度Ａに加熱された後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

ここで、制御装置１００は、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力を変更し（上昇させ）、沸き上げ温度を温度Ｃから温度Ａに変更している。したがって、吸入口１３から循環回路１６に流入する流量を低下させることなく沸き上げ温度を変更することができ、速やかに貯湯することができる
そして、高温の湯を沸き上げ貯湯タンク１内に必要熱量を確保したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２１８）、リターンする。

ステップＳ２１４において使用されると予測される熱量が少ないと判断した場合には、沸き上げ温度Ｂを設定（本例では６５℃に設定）するとともに、現時刻から深夜時間帯となるまでに必要な熱量を算出する（ステップＳ２１９）。そして、貯湯タンク１内に設定量の高温の湯を沸き上げて必要熱量を確保するまで（ステップＳ２２０）、ヒートポンプ装置２の運転を継続する（ステップＳ２２１）。

このとき、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して経路を第２給湯配管２４側から供給配管１８側に切り替える。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度Ｂに加熱された後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

制御装置１００は、ステップＳ２２１では、ステップＳ２１７の場合と同様に、ヒートポンプ装置２の沸き上げ能力を変更し（上昇させ）、沸き上げ温度を温度Ｃから温度Ｂに変更している。したがって、吸入口１３から循環回路１６に流入する流量を低下させることなく沸き上げ温度を変更することができ、速やかに貯湯することができる
そして、高温の湯を沸き上げ貯湯タンク１内に必要熱量を確保したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２１８）、リターンする。

すなわち、ステップＳ２１４〜Ｓ２２１のフローでは、深夜時間帯となるまでに必要な熱量を貯湯タンク１内に貯える。そして、この熱量確保は、深夜時間帯における貯湯（ステップＳ２０３〜Ｓ２１０のフローによる貯湯）と同じ温度の貯湯により行なわれるので、貯湯タンク１内の湯の層を乱すことを防止できる。

したがって、深夜時間帯にヒートポンプ装置２が沸き上げる高温の湯の温度を、一日の湯の使用予測量に基づいて２段階に切り替え変更するのではなく、３段階以上に切り替え変更したり、連続的に変更したりする場合には、ステップＳ２１４〜Ｓ２２１においても同様に変更することが好ましい。深夜時間帯での沸き上げ貯湯温度と、深夜時間帯以外の直接給湯に引き続く沸き上げ貯湯温度とを同一とすることが好ましい。

なお、制御装置１００は、ステップＳ２１３〜Ｓ２２１を実行している間に、出湯検出手段である流量カウンタ３０からの情報に基づいて、使用側端末で出湯が開始されたことを検知した場合には、ステップＳ２１２に戻り、ヒートポンプ装置２を運転して、第２給湯配管を介した直接出湯を行なう。

ここで、上述の構成および制御フローに基づく本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例について図３〜図９を用いて説明する。なお、図３〜図９では、湯もしくは水が流通する経路は実線で、流通しない経路は破線で示している。

図３に示すように、深夜時間帯には、安価な深夜電気を用いヒートポンプ装置２により加熱して生成された高温（６５℃〜９０℃）の湯を供給配管１８の経路で貯湯タンク１の上部から貯めていく。

そして、深夜時間帯に使用側端末で出湯要求があった場合には、図４に示すように、貯湯タンク１内の中間部に貯留された中温の湯を取り出して、設定温度と一致するように混合バルブ２９により水を混合して出湯する。

ここで、貯湯タンク１内に取り出せる中温の湯がなかったり、なくなったりした場合には、図５に示すように、混合バルブ２５を切り替えて、貯湯タンク１内の上部に貯留された高温の湯を取り出して、設定温度と一致するように混合バルブ２９により水を混合して出湯する。

一方、深夜時間帯以外の給湯使用時には、図６に示すように、ヒートポンプ装置２を運転して高効率な中温の湯（本例では６０℃の湯）を沸き上げ、第２給湯配管２４を介して使用側端末へ送る。このとき、設定温度と一致するように混合バルブ２９により水と混合し端末から出湯する。

ヒートポンプ装置２が加熱した中温の湯の流量が足りない場合には、図７に示すように、貯湯タンク１内の中間部に貯留された中温の湯を取り出して、ヒートポンプ装置２が加熱した中温の湯と混合して使用する。

また、貯湯タンク１内に取り出せる中温の湯がなかったり、なくなったりした場合には、図８に示すように、混合バルブ２５を切り替えて、貯湯タンク１内の上部に貯留された高温の湯を取り出して、ヒートポンプ装置２が加熱した中温の湯と混合して使用する。

そして、使用側端末での出湯が停止され、貯湯タンク１内の貯留熱量が次の深夜時間帯の沸き上げまでには不充分であると判断した場合には、ヒートポンプ装置２の運転を継続しつつ沸き上げ能力を向上させ、図９に示すように、ヒートポンプ装置２により加熱して生成された高温の湯を供給配管１８の経路で貯湯タンク１の上部から、深夜時間帯となるまでに必要な量となるまで貯めていく。

なお、深夜時間帯以外の使用側端末への直接出湯時には、ヒートポンプ装置２が起動して安定状態となるまでの間、充分な熱量が第２給湯配管２４を介して使用側端末に供給できない場合には、図７もしくは図８に示すように、貯湯タンク１内の湯を混合して供給すればよい。

このときにも、貯湯タンク１内からの湯の取り出しは、上部からの高温の湯より中間部からの中温の湯を優先することが好ましい。

上述の構成および作動によれば、制御装置１００は、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた湯を貯湯タンク１内に貯えるときには、沸き上げ温度を高温として、供給配管１８を介して貯湯タンク１内に供給する。また、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するときには、沸き上げ温度を中温として、第２給湯配管２４を介して使用側端末に給湯する。また、貯湯タンク１内から使用側端末に給湯するときには、中温の湯を高温の湯より優先して給湯する。

したがって、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた湯を貯湯タンク１内に貯えるときには、高温の湯を上部から貯えることができるので、貯湯タンク１を小型化することができる。

また、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた湯を直接使用側端末に給湯するときには、ヒートポンプ装置２により中温の湯を沸き上げ、使用側端末に供給することができる。ヒートポンプ装置２は、一般的に沸き上げ温度（加熱後温度）を低くするほどエネルギー効率が良好となる。したがって、ヒートポンプ装置２から直接使用側端末に給湯するときのエネルギー効率を、高温の湯を沸き上げて給湯する場合より向上することができる。

さらに、貯湯タンク１内から使用側端末に給湯するときには、中温の湯の給湯が優先して行なわれ、中温の湯が不足するような場合には高温の湯の給湯を行なうことができる。したがって、貯湯タンク１内の中温の湯を有効利用することができ、一層効率が向上する。

このようにして、貯湯タンク１を小型化しつつ、エネルギー効率を更に向上することができる。

また、ヒートポンプ装置２を運転して中温の湯を沸き上げ第２給湯配管２４を介して使用側端末に給湯する熱量が、使用側端末において要求される熱量に対し不足するときには、不足分の熱量を貯湯タンク１内から使用側端末に給湯することができる。したがって、貯湯タンク１内に生成してしまった中温の湯を有効利用することができる。

また、深夜時間帯以外に貯湯タンク１内の熱量が不足している場合には、使用側端末への直接給湯が終了したときに、ヒートポンプ装置２を停止することなく、貯湯タンク１内への高温の湯の貯湯を行なうことができる。したがって、不足分を補う貯湯のためにヒートポンプ装置２が再起動されることを抑制でき、エネルギー効率を一層向上することができる。

また、制御装置１００は、深夜時間帯にヒートポンプ装置２が沸き上げ貯湯する高温の湯の温度、および深夜時間帯以外に中温水直接出湯に引き続きヒートポンプ装置２が沸き上げ貯湯する高温の湯の温度を、使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更している。したがって、ヒートポンプ装置２は、昼夜とも高温領域のなかでも極力低温の沸き上げ運転を行なうようになっており、高いエネルギー効率を得ることができる。

また、深夜時間帯以外に中温水直接出湯に引き続きヒートポンプ装置２が沸き上げ貯湯する高温の湯の量を、貯湯タンク１内の同一時間帯の時間当たり給湯量に基づいて不足熱量を予測し設定している。したがって、比較的電力コストが高い時間帯に沸き上げ過ぎることを防止できる。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、使用側端末からの出湯を検知する出湯検知手段は流量カウンタ３０であったが、これに限定されるものではない。例えば、フロースイッチであってもよいし、温度センサや圧力センサであってもよい。また、使用側端末からの出湯を検知することができるのであれば、設置箇所も給湯配管に限定されるものではない。

また、上記一実施形態では、電力コストが比較的高価な時間帯にヒートポンプ装置により中温の湯の直接出湯や、これに引き続く高温の湯の補給貯湯を行ない、電力コストが比較的安価な時間帯にヒートポンプ装置による高温の湯を沸き上げ貯湯を行なって、電力コストが比較的高価な時間帯にエネルギー効率を向上させていた。

しかし、ヒートポンプ装置２により中温の湯の直接出湯およびこれに引き続く高温の湯の補給貯湯を行なう時間帯と、ヒートポンプ装置２により高温の湯の貯湯のみを行なう時間帯とは、電力コストだけによって定まるものに限定されない。例えば、ヒートポンプ装置２により高温の湯の貯湯のみを行なう本発明で言うところの所定時間帯を、電力コストが安価な深夜時間帯と、その前の所定時間（例えば１時間）としてもかまわない。

また、使用側端末での湯の使用状態に基づいて、ヒートポンプ装置２により中温の湯の直接出湯およびこれに引き続く高温の湯の補給貯湯を行なう時間帯と、ヒートポンプ装置２により高温の湯の貯湯のみを行なう時間帯とを設定するものであってもよい。

例えば、電力コストが時間帯に寄らず一定の場合であれば、使用側端末における湯の使用量や使用頻度が多い時間帯に、ヒートポンプ装置により中温の湯の直接出湯や、これに引き続く高温の湯の補給貯湯を行ない、使用側端末における湯の使用量や使用頻度が少ない時間帯に、ヒートポンプ装置による高温の湯を沸き上げ貯湯を行なうものであってもよい。

また、常時（時間帯に係らず）、ヒートポンプ装置２により中温の湯の直接出湯およびこれに引き続く高温の湯の補給貯湯を行なうものであってもかまわない。

また、上記一実施形態では、使用側端末への中温の湯の直接給湯後、ヒートポンプ装置２を継続運転して貯湯タンク１内への高温の湯の貯湯を行なうときに、ヒートポンプ装置２の沸き上げ運転能力を変更して、中温の湯から高温の湯に切り替えていたが、循環回路を流れる水の流量を変更してヒートポンプ装置２が沸き上げる湯を中温の湯から高温の湯に切り替えるものであってもよい。これによれば、ヒートポンプ装置２が能力可変タイプでなくてもかまわない。

本発明を適用した一実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 制御装置１００の概略制御動作を示すフローチャートである。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプ装置
１６ 循環回路
１７ 切替バルブ
１８ 供給配管
２３ 第１給湯配管
２４ 第２給湯配管
２７ 第３給湯配管
３０ 流量カウンタ（出湯検知手段）
１００ 制御装置（制御手段）

Claims (8)

1. 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
   水を沸き上げて前記湯とするヒートポンプ装置（２）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を、高温と、前記高温より低い中温とに選択的に切り替え制御する制御手段（１００）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内の上部に供給するための供給配管（１８）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記上部から使用側端末に給湯するための第１給湯配管（２３）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接前記使用側端末に給湯するための第２給湯配管（２４）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記上部より低い中間部から前記使用側端末に給湯するための第３給湯配管（２７）とを備え、
   前記制御手段（１００）は、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内に貯えるときには、前記沸き上げ温度を前記高温として、前記供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内に供給し、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接前記使用側端末に給湯するときには、前記沸き上げ温度を前記中温として、前記第２給湯配管（２４）を介して前記使用側端末に給湯し、
   前記貯湯タンク（１）内から前記使用側端末に給湯するときには、前記第１給湯配管（２３）を介した前記高温の湯の給湯より、前記第３給湯配管（２７）を介した前記中温の湯の給湯を優先的に行なうことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記第２給湯配管（２４）を介して前記使用側端末に給湯する熱量が、前記使用側端末において要求される熱量に対し不足するときには、不足分の熱量を前記貯湯タンク（１）内から前記使用側端末に給湯することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）から前記使用側端末への前記第２給湯配管（２４）を介する給湯の停止を検知したときに、前記貯湯タンク（１）内の熱量が不足すると予測した場合には、前記ヒートポンプ装置（２）の運転を継続して前記沸き上げ温度を前記高温に変更し、沸き上げた高温の湯を前記供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内の前記上部に流入させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）の沸き上げる湯の温度を前記中温から前記高温に変更するときには、前記ヒートポンプ装置（２）の湯を沸き上げる能力を変更することを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記制御手段（１００）は、前記使用側端末に対する過去の同一時間帯における時間当たり給湯量の学習値に基づいて、前記貯湯タンク（１）内の熱量の不足を予測することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記制御手段（１００）は、電力コストもしくは前記使用側端末への給湯状態に基づいて定まる所定時間帯では、前記使用側端末への給湯の有無に係らず、前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を前記高温とし、沸き上げられた高温の湯を、前記供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内に供給することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる前記高温の湯の温度を、前記使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
   水を沸き上げて前記湯とするヒートポンプ装置（２）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内の上部に供給するための供給配管（１８）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記上部から使用側端末に給湯するための第１給湯配管（２３）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接前記使用側端末に給湯するための第２給湯配管（２４）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記上部より低い中間部から前記使用側端末に給湯するための第３給湯配管（２７）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
   前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を、高温と、前記高温より低い中温とに選択的に切り替え制御するヒートポンプ式給湯装置用制御装置であって、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内に貯えるときには、前記沸き上げ温度を前記高温として、前記供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内に供給し、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を直接前記使用側端末に給湯するときには、前記沸き上げ温度を前記中温として、前記第２給湯配管（２４）を介して前記使用側端末に給湯し、
   前記貯湯タンク（１）内から前記使用側端末に給湯するときには、前記第１給湯配管（２３）を介した前記高温の湯の給湯より、前記第３給湯配管（２７）を介した前記中温の湯の給湯を優先的に行なうことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置用制御装置。

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